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文檔簡介

§7蝸桿傳動wormgearing

(shaftangle交錯軸Σ=90°)§7-1Generalconsiderations概述§7-2ChoiceoftheparametersandgeometricalcalculationsforArchimedeanwormgearing普通圓柱蝸桿傳動參數(shù)選擇和幾何計算§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria蝸桿傳動材料、失效和計算準則§7-4Forcesinwormgearing受力分析§7-5Strengthcalculations強度計算§7-6Heatbalancecalculation熱平衡計算Designexample習題課Characteristicsandapplications特點和應用Typesofthewormgearing

分類§7-1Generalconsiderations概述

回總目錄1、Advantages①Highspeedratio

i→Smalloverallsize(Z=1~4)結構緊湊②

Smoothandsilentoperation平穩(wěn),噪音小(Continuousengagementbetweenwormandwormgear

蝸桿與蝸輪連續(xù)嚙合)Formotiondrives

傳遞運動:Upto1000Forpowerdrives

傳遞動力:8~80一、Characteristicsandapplications特點和應用

2、

Drawbacks①

Lowefficiency效率低(Σ=90°,Vs)UsuallyP<50KW②

Highcost成本高(

Thenecessityofusingexpensiveantifrictionmaterialsforthewormgear蝸輪輪圈用貴重有色金屬青銅制造)3、Applications應用二、

Types

分類

:1、

Cylindricalwormgearing

圓柱蝸桿傳動:Byshapeofthethreadsinanendsection按軸截面內螺旋線形狀分:2、

Envelopingwormgearing環(huán)面蝸桿傳動3、

Conewormgearing錐蝸桿傳動①

Archimedeanworm阿基米德蝸桿(

Ordinary普通)②

Involuteworm漸開線蝸桿③Convoluteworm延伸漸開線蝸桿(

Straight-sidedinthesectionnormaltothethread

法向直廓)三、Meshingfeaturesoftheordinarycylindricalwormgearing普通圓柱蝸桿傳動嚙合特點Centralcrosssection

中間平面(主平面):Aplanewhichisnormaltothewormgearshaftandparalleltowormshaft通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面Thetoothprofileonwormisstraight-sided蝸桿齒廓:直線Thetoothprofileonwormgearisinvolute蝸輪齒廓:漸開線Meshbetweenastraight-sidedrackandaninvolutegear

為(直)齒條與漸開線齒輪嚙合Specialfeatures特點:Inthecentralcrosssection中間平面內特點:中間平面內蝸桿齒廓:直線蝸輪齒廓:漸開線為(直)齒條與漸開線齒輪嚙合BACK§7-2Choiceoftheparametersand

geometricalcalculationsfor

Archimedeanwormgearing

普通圓柱蝸桿傳動參數(shù)選擇和幾何計算

Choiceoftheparameters參數(shù)選擇Geometricalcalculations

幾何計算回總目錄1、Modules

模數(shù)m,

Profileangle

齒形角α

Inacentralcrosssection,modulesandprofileanglearestandardized

中間平面內為標準值

α=20°m——P84表6-4

一、Choiceofparameters參數(shù)選擇

2、d1,qd1——Thepitchdiameterofaworm

蝸桿中圓直徑q——Thewormdiameterfactor

蝸桿直徑系數(shù)①Gear齒輪d1=mZ1IfmandZ1aredetermined,d1isdetermined.②Worm蝸桿d1=mZ1/tgγ≠mZ1m,ifmandZ1aredetermined,d1isindeterminate.③Numberofthehobscuttingwormgearsdependsonthediameterd1

Inordertolimitnumberofthehobsandstandardize

them,severalstandarddiametersarespecified

d1多,則加工蝸輪滾刀多

為減少刀具數(shù)目,并便于實現(xiàn)標準化、系列化:對每一m蝸桿規(guī)定幾個標準d1——P84表6-43、i、Z1、Z2①Z1thenumberofworm

蝸桿頭數(shù)

1,2,4,6P83:Z1=f(i)②i

Speedratio

傳動比★Z1↓i↑η↓★Z1↑η↑i↓加工難③Z2=i

Z1

28≤Z2≤100(32~63isoptimalforpowerdrives一般32~63)★Z2<28,Stationery則平穩(wěn)性↓★Z2>100,則d2=mZ2↑Longerdistancebetweenthebearingsoftheworm→桿長↑→Rigidityofworm桿剛度↓④γThepitchhelixangleoftheworm

蝸桿導程角γ>33°ηIncreasesslightly,Difficultiesinmanufacture

η

↑緩慢,加工難γ<3.5°Self-locking自鎖γ=3.5°~33°η低二、Geometricalcalculations

幾何計算Application

傳動功用、i→Z1(Z2=iZ1)Strengthconditions

強度條件,qP78表4-5Geometricaldimensions

arecalculated

計算幾何尺寸.BACK§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria

蝸桿傳動材料、失效和計算準則

Materials材料Typesoffailure失效形式Designcriteria計算準則Structureandmanufactureofthewormandwormgear蝸輪蝸桿的結構及加工方法回總目錄一、Materials材料Requirements要求:NotonlyhaveenoughstrengthAndthegoodantifrictionismoreimportant

不僅要有一定強度,更重要的是要有良好的減摩性和耐磨性。(Materialpairsoflowandhighlevelsofhardness軟硬相配)1、Wormmaterials蝸桿Usually:45Structurallyimprovement調質

Highvelocitiesandheavyload

高速重載:45、40Cr、20CrHardening淬火

2、Wormgearmaterials蝸輪

Highvelocitiesandheavyload高速重載Tinbronze錫青銅ZCuSn10P1ZCuSn5Pn5Zn5Betterseize-resistantlowerstrengthhighercost抗膠合能力強,機械強度低,價格高(σb<300MPa)(Vs=12~25m/s)ZCuAl10Fe3Mn2ZCuAl8Mn13Fe3Ni2Lowerseize-resistant,Higherstrength,Lowercost抗膠合能力差,機械強度高,價格低(σb>300MPa)Usually:Aluminum-Ironbronze鑄鋁青銅(Vs=2~8m/s)Lowvelocitiesandlightload低速輕載:Castiron

灰鑄鐵HT200HT150(Vs<2m/s)BACK二、Typesoffailure失效形式Similartotypesoffailureinthetoothedgearing:Fatiguepitting,Seizing,Abrasivewear,Plasticflowofmaterialandtoothbreakage與齒輪類似:點蝕、膠合、磨損、塑性變形、斷齒Specialfeaturesasbelow特點如下:①Wormgearfailure蝸輪失效(Strengthofthewormismorethantheoneofwormgear蝸桿強度高于蝸輪)Tinbronze錫青銅:Theprincipaltypesoffailurearepitting點蝕為主(Becauseithasgoodseize-resistantability抗膠合能力強)Aluminum-ironbronzeandcastiron無錫青銅和鑄鐵:Theprincipaltypesoffailureareseize膠合為主

②Closeddrives閉式傳動:③Opendrive開式傳動:Breakageafterseverewear磨損→折斷BACK三、Designcriteria計算準則

Closeddrive閉式傳動①Designedaccordingtocontactfatiguestrengthofthetoothsurface按齒面接觸疲勞強度設計②Checkedaccordingbendingfatiguestrengthofthetoothroot按齒根彎曲疲勞強度校核③Heatbalancecalculation熱平衡計算Opendrive開式傳動:

Designaccordingtobendingfatiguestrength按彎曲疲勞強度設計1、Structure

結構①Wormgear

蝸輪②Worm

蝸桿2、Manufacture

加工方法①Wormgear

蝸輪②Worm

蝸桿

四、Structureandmanufactureofthewormandwormgear

蝸輪蝸桿的結構及加工方法Wormsaremadeintegralwiththeshaftandareseldommadefabricated,thefollowingtypesofthewormdesignsareused蝸桿通常與軸做成整體,很少做成裝配式,可分為:Withtoolescape有退刀槽Withouttoolescape

無退刀槽BACKRelationshipbetweenforcesactingonwormandwormgear各力間關系Magnitudeofforces力的大小Directionofforces力的方向§7-4Forcesinwormgearing

受力分析

回總目錄一、

Relationshipbetweenforces

各力間關系

BACK二、Magnitudeofforces力的大小

BACK3三、Directionofforces力的方向

AsbeforeWormdrivingHelixdirection:lefthandforleft-handhelixgearandrighthandforright-handhelixgear.

Rotatingdirection:bendingdirectionoffourfingers.DirectionofFa1:ThesamedirectionofthumbingBACKContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgear蝸輪齒面接觸疲勞強度計算Bendingfatiguestrengthofthetoothrootonwormgear蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算§7-5Strengthcalculations

強度計算

回總目錄一、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算

ContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgearInthecentralcrosssection,thetoothprofilesofthewormandwormgeararethesameasthatofinvoluteshelicalgearandrack.Hence,thestrengthcalculationsaredoneforthetoothprofilesoftheirequivalentspurgearandrack.在主平面內,蝸輪蝸桿的嚙合相當于一對漸開線斜齒輪與斜齒條的嚙合→取其當量直齒輪與直齒條的嚙合進行強度計算。②③Lengthofthecontactline接觸線長度L計入:a、多對齒嚙合→×εab、齒傾斜→÷cosγc、接觸線長度變化系數(shù)→χεa=2θ=100°χmin=0.75Takingintoaccountthefollowingfactors:a、Morethanonepairofteethmesheachother多對齒嚙合→×εab、Theteethareinclinedtotheelementsofthecylindersoftheworm齒傾斜→÷cosγc、Changefactorofthecontactlinelength

接觸線長度變化系數(shù)→χεa=2θ=100°χmin=0.75④Substitutingequations把式②、③、④代入intoequation①:Forchecking⑤Substitutingd1=mqandd2=mz2intoaboveequation:Fordesign①[σ]H:Tinbronze錫青銅(σb≤300MPa):

Theprincipaltypeoffailureispitting,[σ]Hdependonthenumberofstresscycles點蝕為主,[σ]H與應力循環(huán)次數(shù)N有關;2、Notes:Aluminium-ironbronze無錫青銅(σb>300MPa):

Principaltypeoffailureisseizure,[σ]Hisindependentofthenumberofstresscycles,butdependsonslidingvelocity.膠合為主,[σ]H與應力循環(huán)次數(shù)N無關而與相對滑動速度Vs有關。②K=KAKVKβSteadyload→KA、KV、Kβ

SmallervaluesofKA、KV、Kβ

見P80表4-6及P80說明BACK二、Bendingfatiguestrengthoftoothrootonwormgear

蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算Byanalogywithhelicalgearing,butstressconcentrationfactorstressconcentrationfactorYsaisnotconsidered

按斜齒輪方法計算但不計應力修正系數(shù)Ysa★①★②Theteethofwormgearsaretakenfrom20to40%strongerthanthoseofhelicalgears彎曲強度與斜齒輪相比增大約40%→Strengthincreasingfactor強度增長系數(shù)1.4Tooththicknessgrows(Theirarchedtoothshaperesultsinso-callednaturalcorrectionwhichoccursinallcrosssectionsexceptthecentralone)★③Themaximumallowablewearamountofthetoothrootthicknessis20%

允許齒根厚度最大磨損20%→補償輪齒磨損系數(shù)1.5F★

④ForcheckingFordesignNotes說明①

YF,Formfactorforwormgearteeth,selectedaccordingtothevirtualnumberofteethZv=Z2/cos3γ.YF齒形系數(shù),根據(jù)Zv=Z2/cos3γ查取P82表4-8②YβHelixanglefactor螺旋角系數(shù)BACK§4-6

Heatbalancecalculation

熱平衡計算

Efficiency

效率η=η1η2η3Heatbalancecalculation

熱平衡計算回總目錄一、Efficiency

效率η=η1η2η31、η1——Efficiencyinengagement

嚙合效率(Theslidingvelocitybetweentoothsurfaces

齒面間相對滑動→Powerlosses功率損失)Meshlosspowerisprincipallosspower.Itiscomputedapproximatelybyefficiencyformulaforscrews

最主要功率損失近似用螺旋面效率計算公式①

Equivalentfrictionangle

ρv當量摩擦角=f(

Pairofmaterials材料組合、

Typesoflubricationoils潤滑劑、Vs........)

Vs↑→ρv↓→η↑②Theslidingvelocity

Vs相對滑動速度2、η2——Efficiencyinsplashi

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